PL204782B1 - Urządzenie do wyznaczania zmian linii wygięcia wysokich obiektów inżynierskich - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wyznaczania zmian linii pionowego wygięcia segmentu wysokich obiektów inżynierskich, a w szczególności zapór wodnych.

Wysokie obiekty inżynierskie, a zwłaszcza zapory wodne, wskutek procesów fizycznych wywołanych przez czynniki meteorologiczne, hydrotechniczne, geotechniczne i eksploatacyjne ulegają statycznym i dynamicznym obciążeniom, których efektem jest występowanie sprężystych oraz/lub trwałych odkształceń i przemieszczeń. Korpus budowli inżynierskiej ulega cyklicznym ruchom, ściśle skorelowanym z dobowym i rocznym rytmem zmian temperatur oraz w przypadku zapór wodnych poziomem piętrzenia wody w zbiorniku. Współczesna monitoring geodezyjny na etapach genezowania, diagnozowania i prognozowania występujących na badanych obiektach deformacji, odkształceń i przemieszczeń coraz częściej się ga do najnowszych zdobyczy z zakresu klasycznej mechaniki precyzyjnej, elektroniki oraz nowych dziedzin mechatroniki i fotoniki. Rozwój technik pomiarowych współczesnej geodezji inżynieryjnej jest ściśle powiązany z zautomatyzowanymi technologiami pomiarowymi ukierunkowanymi na obserwacje w czasie rzeczywistym. Podstawowymi metodami kontrolnopomiarowymi na wysokich obiektach inżynierskich, a zwłaszcza zaporach wodnych są metody pionowania za pomocą wahadeł fizycznych. Znany z publikacji W. Kłopocińskiego: „Geodezja w projektowaniu elektrowni wodnych, PPWK, Warszawa 1962 r., str. 191, pion mechaniczny jako drut posiada obciążnik z czterema skrzydełkami w kształcie prostokątów usytuowanych na jego obwodzie. Obciążnik zanurzony jest w zbiorniku o kształcie walca, który wypełniony jest olejem. Pionem mierzone są przesunięcia punktu zawieszenia względem stolików odczytowych zlokalizowanych na kolejnych poziomach obserwacyjnych zapory wodnej. Pozwala to na określenie wychyleń sekcji zapory wodnej najczęściej wykonanej jako konstrukcja betonowa - na wysokości poszczególnej galerii.

Znane jest również z opisu patentu PL nr 97 201, urządzenie do pomiaru zmian nachylenia elementu konstrukcyjnego. Urządzenie ma czujnik fotoelektryczny zawierający zamocowaną na podstawie płytkę z fotorezystorami, oraz konstrukcję nośną, na której jest zawieszona przysłona fotorezystorów będąca wahadłem o zarysie ściętego stożka. Nad wahadłem jest przymocowana do konstrukcji nośnej płyta środkowa z rozmieszczonymi na niej współśrodkowo źródłami światła.

Znane jest także z opisu patentu PL nr 151 105, urządzenie do ciągłej rejestracji wychyleń budowli, wyposażone w zespół nadawczy w postaci lasera i układu kolimacyjnego w obudowie oraz w zespół detekcyjny i pływające zwierciadło. Zespół nadawczy i detekcyjny związane są trwale z badanym obiektem. Zespół detekcyjny składa się z detektorów płytkowych rozmieszczonych w układzie kartezjańskim, symetrycznie względem wiązki wyjściowej promieniowania laserowego.

Ponadto znany jest z opisu patentu PL nr 183 400, sposób oraz urządzenie do ciągłego optoelektronicznego pomiaru wychyleń budowli i konstrukcji inżynierskich. We wspomnianym sposobie wiązkę monochromatycznego światła przepuszcza się jednokrotnie z góry w dół poprzez klin cieczowy bezpośrednio na fotodetektor i mierzy w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach przemieszczenie na fotodetektorze plamki świetlnej. Wielkość i kierunek tego przemieszczenia oraz kąt nachylenia klina cieczowego są funkcją kąta wychylenia badanego obiektu. Natomiast we wspomnianym urządzeniu, między zespołem nadawczym złożonym ze źródła monochromatycznego światła i układu kolimacyjnego a fotodetektorem złożonym z czterech aktywnych segmentów jest umieszczona kuweta z szybką płaskorównoległą i warstwą cieczy o znanym współczynniku załamania światła i dekremencie tłumienia drgań.

Urządzenie do wyznaczania zmian linii wygięcia wysokich obiektów inżynierskich według niniejszego wynalazku umożliwia wykonywanie pomiarów zarówno stacjonarnych, jak i zdalnych, telemetrycznych z miejsc o utrudnionym dostępie. Rozwiązanie pozwala monitorować stan bezpieczeństwa budowli, jest łatwe w obsłudze.

Podobnie jak w powyżej opisanych urządzeniach rozwiązanie według wynalazku posiada nadajnik laserowy skierowany wiązką światła w dół na odbiornik fotodetekcyjny, połączony przewodem transmisyjnym z układem centralnej rejestracji i przetwarzania danych. Istota wynalazku polega na tym, że nadajnik laserowy zamocowany jest do obiektu za pośrednictwem hydraulicznego przegubu o szczególnym rozwiązaniu. Przegub stanowią: sztywno połączony z obiektem pierścieniowy zbiornik cieczy oraz umieszczony w zbiorniku pierścieniowy pływak, który połączony jest wspornikiem z tuleją współosiową z pływakiem. Tuleja nasunięta jest od dołu na czop kulisty wykonany na końcu pionowego pręta, sztywno zamocowanego do obiektu w osi zbiornika. Nadajnik laserowy z układem optycznym zamocowane są do dolnego czoła tulei.

PL 204 782 B1

Korzystnym jest gdy pływak ma postać sitową, wykonany z materiału o dużej wyporności, zwłaszcza styropianu z wieloma mikrootworami zgodnymi z kierunkami osi przestrzennego, prostokątnego układu kartezjańskiego.

Korzystnym jest również gdy wspornik ma postać pierścieniowej płytki, obrzeżem zewnętrznym połączonej z pływakiem a centralnym otworem z tuleją.

Wskazanym jest aby odbiornik fotodetekcyjny był matrycowym przetwornikiem fotodetekcyjnym CCD, a układ optyczny nadajnika laserowego był układem kolimującym, układem lunety Keplera. Zastosowanie przenośnego mikrokomputera jako układu centralnej rejestracji i przetwarzania danych nadaje urządzeniu pełną operatywność.

Korzystnym jest gdy nadajnik laserowy stanowi laserowa dioda półprzewodnikowa lub gazowy laser He-Ne.

W sytuacji monitorowania linii pionowego wygię cia bardzo wysokich obiektów inż ynierskich celowym jest szeregowa, wzdłuż wysokości obiektu zabudowa zestawu kilku urządzeń tworzących łańcuch pomiarowy. Pierścieniowe zbiorniki poszczególnych urządzeń połączone są wtedy z obiektem za pośrednictwem wysięgników, zamocowane do nich od dołu, natomiast odbiorniki fotodetekcyjne zamocowane są na górnej części wysięgnika.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, którego figury 1 i 2 przedstawiają urządzenie w widoku z przodu, w rzucie pionowym, i odpowiednio: fig. 1 - w pozycji wyjściowej pomiarowej, a na fig. 2 - w pozycji aktualnej pomiarowej, natomiast fig. 3 przedstawia powiązanie kilku urządzeń w pionowym łańcuchu pomiarowym.

Urządzenie według wynalazku stanowi komorę 1 wyposażoną w dolnej części, na obrzeżach w zbiornik pierścieniowy 16 wypełniony cieczą 7 współdziałającą z pływakiem 15, do którego poprzez otwór 6 przymocowany jest wspornik 14, wyposażony w środkowej części w tuleję 2 współdziałającą w górnej części z czopem kulistym 4 osadzonym na końcu pręta 3. Wspomniana tuleja 2 w dolnej części posiada nadajnik laserowy 8 zakończony układem optycznym 9. Naprzeciwko układu optycznego 9 nadajnika laserowego 8 w pewnej odległości ustawiony jest odbiornik fotodetekcyjny 11 połączony przewodem transmisyjnym 12 z układem centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD) 13.

W przypadku monitorowania stanu bezpieczeństwa wysokiego obiektu inżynierskiego, na przykład zapory wodnej do segmentu obiektu 5, szybu pomiarowego zapory, w ustalonym miejscu osadza się pionowo pręt 3 zakończony w dolnej części czopem kulistym 4, oraz względem niego, centralnie komorę 1. Następnie, na powierzchnię czopu kulistego 4 nasadza się tuleję 2, a zbiornik pierścieniowy 16 wypełnia się cieczą 7. Po włączeniu nadajnika laserowego 8 i uformowaniu wiązki laserowej 10 układem optycznym 9, wspomniana swobodna wiązka laserowa 10 emitowana jest szybem pomiarowym zapory w kierunku dolnej części, na której ustawiony jest odbiornik fotodetekcyjny 11, określający punkt początkowy A śladu osi wiązki laserowej w - w. Położenie początkowego śladu wiązki lasera 10 odczytane wspomnianym odbiornikiem fotodetekcyjnym 11 jest przesyłane przewodem transmisyjnym 12 do układu CRPD 13, gdzie następuje zarejestrowanie dla określonej wyjściowej chwili czasowej. Na wskutek reakcji konstrukcji budowli zapory wywołanej różnorodnymi procesami i czynnikami fizycznymi, następuje wygięcie segmentu zapory w czasie rzeczywistym, co powoduje kątowe przesunięcie wiązki laserowej 10 w szybie zapory i pojawienie się śladu wiązki 10 na odbiorniku fotodetekcyjnym 11 w punkcie aktualnym B. Odczytane położenie śladu wiązki lasera 10 przesyłane jest przewodem transmisyjnym 12 do wspomnianego układu CRPD 13, gdzie następuje jej zarejestrowanie dla określonej chwili czasowej. Porównanie zarejestrowanych śladów wiązki laserowej 10 dla różnych chwil czasowych, względem chwili wyjściowej pozwala na określenie względnych ruchów badanego obiektu.

Dla wyznaczenia zmian linii wygięcia wysokich obiektów inżynierskich np. zapory wodnej w jej szybie pomiarowym mocuje się w ustalonych odstępach wysięgniki 17 oraz zestaw przynajmniej dwóch urządzeń pomiarowych według wynalazku, powiązanych ze sobą w jednym pionowym ciągu.

Claims (12)

1. Urządzenie do wyznaczania zmian linii wygięcia wysokich obiektów inżynierskich, posiadające nadajnik laserowy mocowany w górnej strefie obiektu, skierowany wiązką światła w dół na odbiornik fotodetekcyjny, który połączony jest przewodem transmisyjnym z układem centralnej rejestracji i przetwarzania danych, znamienne tym, że nadajnik laserowy (8) zamocowany jest do obiektu (5) za pośrednictwem hydraulicznego przegubu, który stanowią: pierścieniowy zbiornik (16) cieczy, sztywno

PL 204 782 B1 połączony z obiektem (5) w położeniu pionowej osi zbiornika (16), pierścieniowy pływak (15), umieszczony w zbiorniku (16) i połączony wspornikiem (14) z tuleją (2), współosiową z pływakiem (15) oraz nasuniętą od dołu na czop kulisty (4) wykonany na końcu pionowego pręta (3), sztywno zamocowanego do obiektu (5) w osi zbiornika (16), natomiast nadajnik laserowy (8) z układem optycznym (9) zamocowane są do dolnego czoła tulei (2).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pływak (15) ma postać sitową, wykonany z materiału o dużej wyporności, zwłaszcza styropianu z wieloma mikrootworami zgodnymi z kierunkami osi przestrzennego, prostokątnego układu kartezjańskiego.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wspornik (14) ma postać pierścieniowej płytki, obrzeżem zewnętrznym połączonej z pływakiem (15) a centralnym otworem z tuleją (2).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że odbiornik fotodetekcyjny (11) jest matrycowym przetwornikiem fotodetekcyjnym CCD.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ optyczny (9) jest układem kolimującym.

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ optyczny (9) jest układem lunety Keplera.

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ centralnej rejestracji i przetwarzania danych (13) jest przenośnym mikrokomputerem.

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że nadajnik laserowy (8) jest laserową diodą półprzewodnikową.

9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że nadajnik laserowy (8) jest gazowym laserem He-Ne.

10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że oś wiązki laserowej (10) pokrywa się z osią tulei (2).

11. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierścieniowy zbiornik (16) połączony jest z obiektem (5) za pośrednictwem wysięgnika (17), do którego zamocowany jest od dołu.

12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że odbiornik fotodetekcyjny (11) zamocowany jest na górnej części wysięgnika (17).